高溫環境下有氧運動對水通道蛋白通透性的影響

趙麗麗

摘 要 水是人體細胞的主要組成部分，在人體不同的組織細胞中，水的比例占人體總體重的70%左右，大多數細胞的生長、凋亡、修復、再生等生化反應都是在水環境中進行，在維持不同組織體液平衡和內環境穩態中，水分子跨越細胞膜的快速運輸是通過水通道蛋白來實現的。在室外溫度高達30℃左右的條件下，當機體進行長時間有氧運動或從事長時間作業時，由于機體大量出汗，體液大量丟失，血乳酸含量增加，血液滲透壓升高，機體則出現過度疲勞現象。因此，在機體內環境呈酸性，體溫急劇升高，代謝產物堆積，血液有效滲透壓降低的共同作用下，將使機體水通道蛋白（aquaporin，AQP）的通透性功能產生障礙，直接影響機體對水平衡和酸堿平衡的調節作用。

關鍵詞 高溫環境 有氧運動 水通道蛋白 通透性

中圖分類號：G804.5 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.017

水通道蛋白是一種膜蛋白，它普遍存在于人體不同組織的細胞膜上，它是一族具有選擇性并能高效轉運水分子的特異性孔道蛋白，也稱為水孔蛋白（APQ）。水分子跨細胞膜的快速運輸是通過水通道蛋白來實現的，在機體大量出汗導致尿液濃縮并防止出現脫水現象有著重要的生理意義。自1992年以來，Agre等人就從紅細胞膜上發現第一個水通道蛋白（AQP1），之后有關水通道蛋白的結構和功能等方面的研究也就取得了迅速發展。目前， APQ在蛋白質序列上已有11個具有同源性的成員（APQ0～AQP10），并在不同組織細胞的物質代謝和物質轉運過程中發揮著重要作用。

1 水通道蛋白的發現

水分子，是一種不帶電荷且半徑又極小的極性分子，可以自由穿過水通道蛋白。在水通道的發現之前，人們認為：這是水分子透過質膜的唯一方式。水通蛋白相對分子質量不大，每個亞基上都各有一個小孔，在很早以前，它就被證實是一類能通過自由擴散穿透脂質雙分子層的膜蛋白，其水分子跨膜轉運對維持不同組織間的體液平衡和內環境穩態有著非常重要的作用。1988年，Agre等在人類紅細胞膜上純化分離分子量為32€？06的Rh多肽時，偶爾鑒定到一種新的分子量為28€？06的整合膜蛋白，并且通過免疫印跡這種方法發現這類蛋白也存在于腎臟的近端腎小管中，把它稱為類通道整合蛋白（channel-like integral membraneprotein，CHIP28），參與機體水平衡和酸堿平衡的調節。

2 水通道蛋白的分子結構

水通道蛋白分布比較廣泛，它是一類高度保守的疏水小分子膜整合蛋白，各種亞型之間蛋白序列和三維結構也非常相似。目前，在哺乳動物、植物、兩棲類、細菌、酵母菌以及各種各樣的有機體中都已經發現了水通道蛋白的存在，其中哺乳動物水通道蛋白的分子大小在26€？06～34€？06之間，氨基酸序列同源性為19%～52%。

3 高溫環境下有氧運動對機體的影響

在室外溫度高達30℃左右時，機體進行長時間有氧運動或從事長時間戶外作業，負荷強度控制在人體最大負荷強度的70%～85%之間，心率140～160次/min，機體從持續運動直至出現運動性疲勞這一現象，導致肺通氣量減少，血紅蛋白攜帶氧量的能力下降，心臟每搏輸出量減少，骨骼肌代謝率下降，同時，肌糖原儲備大量消耗至殆盡，ATP生成總量減少，血乳酸大量堆積，并伴有體液大量丟失，體溫急劇升高，細胞內滲透壓升高，機體運動能力迅速降低，直至出現運動性疲勞。

4 高溫環境下有氧運動對水通道蛋白通透性的影響

在長時間有氧運動過程中，機體進行物質代謝、物質運輸時，水分子在維持不同組織細胞液平衡和內環境穩態中起著重要作用。由于水通透性蛋白是一種處于持續開放狀態的膜通道蛋白，水分子在轉運的過程中不需要消耗任何能量，同時也不受離子門控機制的影響。機體不同組織細胞膜兩側的滲透壓差，一般對水分子通過水通道的移動方向起著關鍵作用，其水分子通常從滲透壓低的一側向滲透壓高的一側移動，直到細胞膜兩側的滲透壓達到平衡為止。因此，當機體長時間運動后，機體滲透壓會因體液大量丟失、代謝產物堆積、有效滲透壓下降、造成細胞膜受損、APQ功能不全或APQ功能暫時性消失等因素的影響，將會對AQP的通透性功能產生不良的影響作用，引起機體代謝產物大量堆積不能及時排出體外，導致尿液濃縮，出現尿量減少，運動能力迅速降低，就會出現運動性疲勞。同時神經中樞也相應地出現疲勞現象，機體下意識進行自我保護生理機制，并防止因過度運動造成運動損傷。相反，當機體在進行適宜的長期有氧耐力運動時，機體耐乳酸能力提高，紅細胞攜帶氧的能力增強，代謝產物消除率增高，細胞有效滲透壓升高，導致機體疲勞程度相對減輕，運動能力得到提高，出現運動性疲勞的時間也會相應地延長。

5 小結

水通道蛋白在機體進行物質代謝、物質轉運等方面起著至關重要的作用。目前，隨著人們對APQ功能的不斷認識，尤其在運動訓練過程中，避免造成APQ細胞膜通透性功能障礙的發生，為更好地預防運動機體提前進入疲勞狀態，其降低APQ的通透性對維持機體內環境穩態具有非常重要的生理意義。此外，APQ還有助于人們更深入地研究運動機體組織細胞水平衡和酸堿平衡調節的通道機制，并對其生理作用及其功能調節的研究方面逐漸深入化，同時也為某些因過度運動訓練引起的水平衡和酸堿平衡代謝紊亂所導致的運動性疲勞這一現象提供了一條新的探索思路。

參考文獻

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